土力学与地基基础第二章

土力学与地基基础第二章第1页，课件共34页，创作于2023年2月学习目标与要求（1）掌握达西定律及其适用条件、渗透系数K的物理意义;理解各种土体中的4渗透规律；了解渗透流速与实际流速的关系。（2）掌握渗透试验方法和适用条件；理解渗透系数的影响因素及各种土体K的取值范围；了解成层土的渗透系数的计算。（3）掌握渗透力的概念和计算，渗透变形的基本形式及产生条件；理解渗透变形的判别方法及其防治措施；了解孔隙水应力与有效应力的概念。第2页，课件共34页，创作于2023年2月§2土中水的运动规律渗流水、气等在土体孔隙中流动的现象渗透性土具有被水、气等流体透过的性质渗透特性非饱和土的渗透性饱和土的渗透性概述强度特性变形特性强度特性变形特性第3页，课件共34页，创作于2023年2月§2土中水的运动规律概述土石坝防渗斜墙及铺盖浸润线透水层不透水层土石坝坝基坝身渗流第4页，课件共34页，创作于2023年2月§2土中水的运动规律概述板桩墙板桩围护下的基坑渗流透水层不透水层基坑第5页，课件共34页，创作于2023年2月§2土中水的运动规律概述透水层不透水层天然水面水井渗流漏斗状潜水面Q第6页，课件共34页，创作于2023年2月§2土中水的运动规律概述渠道渗流原地下水位渗流时地下水位第7页，课件共34页，创作于2023年2月§2土中水的运动规律概述渗流滑坡渗流滑坡第8页，课件共34页，创作于2023年2月§2.1土的毛细性

第二章土中水的运动规律§2.3渗透力与渗透变形§2.2达西定律

第9页，课件共34页，创作于2023年2月一、土层中的毛细水带土层中由毛细水所湿润的范围称为毛细水带。根据毛细水带的形成条件和分布状况，可分为三种，即正常毛细水带、毛细网状水带和毛细悬挂水带第10页，课件共34页，创作于2023年2月二、毛细水压力若毛细管内水柱上升到最大高度hmax，根据平衡条件知道管壁与弯液面水分子间引力的合力S等于水的表面张力σ，若S与管壁间的夹角为θ，则作用在毛细水柱上的上举力P为P=S•2πrcosθ=2πrσcosθ

毛细管内上升水柱的重力G为：G=γωπr2hmax

第11页，课件共34页，创作于2023年2月碎石类土，无毛细作用；砂性土，hmax=0.2~0.3m；粉性土，hmax=0.9~1.5m；而粘性土的hmax不及粉性土，上升速度也较慢。对于粉砂、粉土和粉质粘土等，毛细现象较显著，毛细水上升高度大，上升速度快。

估算毛细水上升高度的经验公式C—系数,与土粒形状和表面洁净情况e—孔隙比d10—有效粒径第12页，课件共34页，创作于2023年2月§2土中水的运动规律一．达西定律的表达式与适用条件ABL§2.2达西定律

透水层不透水层基坑板桩墙第13页，课件共34页，创作于2023年2月ABLh1h2zAzBΔh00基准面水力坡降线总水头－单位质量水体所具有的能量A点总水头：B点总水头：水力坡降：一．达西定律的表达式与适用条件UA=UB=空气大气压第14页，课件共34页，创作于2023年2月渗透定律（达西定律）在层流状态的渗流中，渗透速度v与水力坡降i的一次方成正比，并与土的性质有关。k:反映土的透水性能的比例系数，称为渗透系数物理意义：水力坡降i＝1时的渗流速度单位：mm/s,cm/s,m/s,m/day一．达西定律的表达式与适用条件第15页，课件共34页，创作于2023年2月砾石类土中的渗流不符合达西定律，属于紊流范畴，采用经验公式，不做介绍。ivovcrivoi0层流（线性流）——大部分砂土，粉土；疏松的粘土及砂性较重的粘性土粘性土：致密的粘土i>i0,v=k(i-i0

)首先要克服颗粒间的粘滞阻力砂土粘性土第16页，课件共34页，创作于2023年2月二.渗透系数的测定方法

室内试验测定方法野外试验测定方法§2.2达西定律常水头试验法变水头试验法井孔抽水试验第17页，课件共34页，创作于2023年2月§2.2渗透系数的测定室内试验方法1—常水头试验法二.测定方法结果整理试验装置：如图试验条件:

Δh，A，L=const量测变量:

Q，ti=Δh/LV=Q/tv=ki适用土类：透水性较大的砂性土整个过程中土样中水头压力不变。实验开始后，水自上而下流经土样，在渗流稳定后，测得时间t内流经土样的流量Q，同时读的两水面的水头差。第18页，课件共34页，创作于2023年2月二.测定方法室内试验方法2—变水头试验法试验装置：如图试验条件:

Δh变化，A、L=const量测变量:

Δh

，t透水性较小的粘性土常水头法仅适用于：透水性较大的砂性土第19页，课件共34页，创作于2023年2月tt+Δt一.测定方法室内试验方法2—变水头试验法理论依据:t时刻：

ΔhΔtdhdQe=-adhdQo=kiAdt=k(Δh/L)AdtdQe=dQo流入量：流出量：连续性条件：-adh=k(Δh/L)Adt第20页，课件共34页，创作于2023年2月常水头试验变水头试验条件Δh=constΔh变化算式室内试验方法二.测定方法适用粗粒土粘性土第21页，课件共34页，创作于2023年2月

野外测定方法－抽水试验和注水试验法优点：可获得现场较为可靠的平均渗透系数二.渗透系数的测定地下水位≈测压管水面井抽水量Qr1rr2dhdrh1hh2不透水层观测A=2πrhi=dh/dr缺点：费用较高，耗时较长实验方法：布置一水井和若干观测井。在时间t内抽出Q的流量，同时测得ri和r2观测井的水头一般采用规范参考值第22页，课件共34页，创作于2023年2月三.层状地基的等效渗透系数等效渗透系数确立各层的ki根据渗流方向确定等效渗流系数天然土层多呈层状土力学第23页，课件共34页，创作于2023年2月水平渗流情形垂直渗流情形条件已知等效推定三.层状地基的等效渗透系数第24页，课件共34页，创作于2023年2月粒径大小及级配孔隙比（密实度）矿物成分结构四.渗透系数的影响因素水的动力粘滞系数饱和度（含气量）

—对k影响很大，封闭气泡第25页，课件共34页，创作于2023年2月第二章土中水的运动规律§2.1土的毛细性

§2.3渗透力与渗透变形

§2.2达西定律

第26页，课件共34页，创作于2023年2月渗透力的计算分三种情况1.不饱和土中渗透力2.饱和土中渗透力3.过饱和土中渗透力计算第27页，课件共34页，创作于2023年2月一.渗透力渗透力的性质物理意义：单位土体内土骨架所受到的渗透水流的拖曳力，它是体积力j=γwi（不饱和土）大小：方向：与渗流方向一致作用对象：土骨架第28页，课件共34页，创作于2023年2月h1Δhh200hwL土样滤网贮水器abP2浮力WP1重力j渗透力静水中的土体A=1R=γ’L渗流中的土体一、渗透力渗透力=重力-浮力+颗粒间阻力（饱和土）当渗透力过大时，土中的小颗粒就会处于悬浮状态而失去稳定(颗粒间阻力为0)，形成流砂或流土现象（过饱和土）渗流有向上渗流和向下渗流两种，自然界中的渗流绝大部分是向上渗流。第29页，课件共34页，创作于2023年2月粘性土k1<<k2砂性土k2坝体1.基本类型流土在向上的渗透作用下，表层局部土体颗粒同时发生悬浮移动的现象渗流原因：此时的i称为临界梯度，用表示第30页，课件共34页，创作于2023年2月1.基本类型管涌原因：内因——有足够多的粗颗粒形成大于细粒直径的孔隙外因——渗透力足够大

在渗流作用下，一定级配的无粘性土中的细小颗粒，通过较大颗粒所形成的孔隙发生移动，最终在土中形成与地表贯通的管道。管涌管涌破坏第31页，课件共34页，创作于2023年2月1.基本类型流土与管涌的比较流土土体局部范围的颗粒同时发生移动管涌只发生在水流渗出的表层只要渗透力足够大，可发生在任何土中破坏过程短导致下游坡面产生局部滑动等现象位置土类历时后果土体内细颗粒通过粗粒形成的孔隙通道移动可发生于土体内部和渗流溢出处一般发生在特定级配的无粘性土或分散性粘土破坏过程相对较长导致结构发生塌陷或溃口第32页，课件共34页，创作于2023年2月2.形成条件Fs:

安全系数1.5～2.0[i]:

允许坡降i<icr:i=

icr:i>ic